地效飞行器(km地效飞行器)

苏联“花尾鸽”地效飞行器

Aerocon Dash 1.6地面效应飞机概念图

具有两栖能力的MC-130J的艺术想象图 具有两栖能力的MC-130J的艺术想象

DARPA视频显示，作为抢滩攻击的一部分，“自由起降机”放下了装甲车。

“自由起降机”项目相关概念图

美国国防部国防高级研究计划局(DARPA)在2021年发布了新地效飞行器R&D概念的请求后，经过一段时间的设计评估，2022年5月19日发布了新的飞行器概念电影。这种概念飞机被命名为“自由升降机”(Liberty Lifter)，它的名字应该是指二战期间美军为了快速补充被德国潜艇击沉的商船而推出的“自由舰”(Liberty Ship)。1941年至1945年期间，“自由轮”以标准化的规格降低了成本，共生产了2751艘，迅速提高了美国陆军的战略运输能力。租借给英国等欧洲盟国，成为二战时期美国工业制造能力的标志之一。

“自由起降飞机”项目背景当飞机的飞行高度不超过其翼展长度时，就会产生地面效应，也称为地效(WIG)。在这个高度，诱导阻力减小，机翼产生的升力以一定速度增加。机翼下气压比较大，形成“气垫”。飞机产生的气动升力显著增加，油耗降低，可以装载大量货物。根据地面效应设计的飞机可以在海洋、河流、湖泊等相对平坦的区域航行，载货量接近货船，而速度接近飞机。

冷战时期，美国和苏联都进行过地效飞行器的相关试验。上世纪60年代，苏联由阿列克谢夫设计局设计了“花尾鸽”地效飞行器试验机。地效飞行器翼展44米，由八个涡轮喷气发动机提供动力。它以每小时550公里的速度在水面上飞行，可以运输近100吨货物，距离为2000公里。它叫做“里海怪物”。

美国在20世纪40年代测试了休斯H-4大力神水上飞机。在20世纪90年代初，DARPA研究了Aerocon Dash 1.6地效飞行器的概念，这种飞行器可以搭载2000名乘客或1400吨货物。基于里海怪物的模型，这个概念重4500吨，长175米，翼展100米。它由20个喷气发动机提供动力，时速超过700公里，航程近2万公里。本世纪初，波音公司也曾表示与DARPA联合研究了鹈鹕地效飞行器，翼展152米，有效载荷1200吨。鹈鹕地效飞机利用地面效应提高水上运输效率，但除此之外，它还可以像普通飞机一样使用跑道，可以达到7500米的飞行高度。作为传统飞机运行时，鹈鹕的航程约为公里。但使用地面效应时，射程会提高到公里。鹈鹕地效飞行器的设计概念在2005年被取消。

任何军事组织的主要工作就是尽可能快速有效地把大量的东西从一个地方运到另一个地方。这些东西有的是武器装备，但大部分是支撑这类武器装备的东西——燃料、零配件、人员等等。目前美军运输大量有效载荷有两种选择:海运和空海运。

正如DARPA指出的，虽然目前的海上运输在运输大量设备方面非常有效，但容易受到威胁，需要功能性港口，并导致运输时间长。传统空运输速度快得多，但支持海上作战的能力有限。另外，飞机受有效载荷限制，需要跑道。

为解决这一问题，DARPA希望将传统的海上运输与空运输相结合，旨在“设计、建造和测试一种负担得起的、创新的、颠覆性的水上飞机”，“以远超现有海上平台的速度实现战区大型有效载荷的高效运输”。

所有这些想法显然是基于亚太地区未来发生冲突的可能性。可能发生的突发事件会受到海洋环境的影响，涉及货物和人员的长途运输，常规机场从一开始就会受到强大的长途打击的威胁。2017年，兰德公司的一份报告指出，一旦冲突爆发，敌人的导弹可以使美军空军事基地无法使用超过40天，即使不断修复这些基地也无法改变局面。目前，美国最大的担忧是战略航运问题。2019年，美国战略与预算评估中心的一份研究报告警告说:“尽管后勤支持传统上是美国的优势，但现在可能成为一大弱点，这可能导致美国输掉对中国或俄罗斯的战争。”

这些担忧导致整个美国军队未来可能参与战争的方式发生了重大变化。空的交通，尤其是亚太地区的海事领域，一直是这种新思维的一部分。

美国特种作战司令部(SOCOM)公布了MC-130J两栖能力的艺术想象，这本质上是两栖C-130大力神的变体，可以在沿海地区作战，以支持特种作战部队。这种运输方式解决了一些问题，但DARPA显然在考虑一种更激进的方式来满足更广泛的要求。美国需要一种新的方式来运送军队和物资越洋。与传统飞机相比，新型地效飞行器不需要固定的机场和跑道。与传统飞机相比，它消耗更少的燃料，装载更多的货物，以几乎相同的速度飞行。可以显著提高太平洋远征军在战区的机动性，提高美国及其盟国的补给能力，同时使对手极难定位目标。

因此，DARPA推出了“自由起降机”地效飞行器的概念，这种飞行器将具有快速灵活的起降能力，更大的载重能力，以及在水中起飞/降落的能力。它将能够在湍流的水面附近飞行，并在空中继续飞行。此外，该飞机将采用低成本概念进行设计和制造。

“自由起降机”概念设计DARPA的“自由起降机”构型属于双体地效飞行器的构型。双体船在海上航行时，可以有很强的抗风浪能力，车流量也大。但地效飞行器与一般飞行器的区别在于，它是紧贴地面或水面飞行，气流通过机翼向后向下流动。当它撞击地面或水面时，会产生比在high 空时更大的升力，从而降低机身阻力，获得比在high 空飞行时更高的升阻比。

扁平机翼设计为两个机身结合，每个机身有一个驾驶舱和一个小鸭翼前翼。动力单元是沿机翼安装的十个螺旋桨单元，概念图显示这些螺旋桨采用推进构型。每个机身都有一个稍微后掠的尾翼，顶部有一个水平安定面。

在公布的概念片中，给出了“自由起降机”的货物卸载过程。这个过程是通过向上打开的车门实现的，让车辆直接从水中驶向沙滩。

“自由起降机”不仅可以在水面上空飞行，还可以在高达3000米的“中等高度”飞行，这表明该飞机实际上结合了地效飞机的关键优势和传统固定翼飞机的优异性能属性和灵活性。

“自由起降机”的概念不需要固定的机场和跑道。它可以在水面上自由起降，需要时可以在水面上低飞空，但之后它可以飞到更高的高度。通过掠过水面，“自由起降机”可以快速有效地移动负载。然而，其低空飞行剖面和有限的机动性使其面临碰撞损坏的风险。同时，由于作业受到高浪的阻碍，目前起飞仅限于平静的水域，这是传统水上飞机的通病。

目前，该项目处于初始阶段，涉及定义“独特水上飞机的航程、有效载荷和其他参数”。在公布机体设计概念后，DARPA接下来将规划“自由起降机”的性能指标。“为了提高美军未来在海洋中行动的范围和机动性，我们将继续研究新飞机的航程、融资能力和飞行性能等细节。”DARPA战术科学技术研究办公室的规划经理表示，“自由起降机”的最小运载能力应为100吨，并能容纳多种两栖车辆。

自由起降飞机的未来焦点

为了解决现有地效飞行器的缺点,“自由起降飞行器”项目未来将专注于三个主要领域:

一个是离岸业务的扩张。重点将放在在汹涌的海况下工作，在低速下创造高升力以减少起飞/着陆期间的波浪冲击负荷，以及吸收波浪力的创新设计解决方案。此外，该项目还将解决拥挤环境下高速运行时的碰撞风险问题。目标是让飞机在海上一次运行数周，而无需陆基维护活动。

第二，合理的生产成本。该项目将优先考虑低成本和易于制造的设计，而不是精致和轻便的概念。材料应该比传统飞机制造的更实惠，可以大量采购。

第三，复杂的飞行控制。该项目将开发先进的传感器和控制方案，以减少海浪的影响，并处理起飞/着陆期间动态空气体和水之间的相互作用。